Procariote. tipul de organizare: bacterii

PROCARIOTE. TIPUL DE ORGANIZARE: BACTERII

Bacteriile pot fi caracterizate, ca fiind un grup de microorganisme, definit esential prin proprietati celulare si moleculare nu de organism.

In termeni de organism, bacteriile sunt predominant microorganisme unicelulare, pot apare insa si sub forma filamentoasa, micelina sau coloniala. Bacteriile tipice (eubacteriile) sunt foarte numeroase si traiesc intr-o diversitate de medii. Multe specii bacteriene traiesc saprofit sau parazit pe corpul plantelor, animalelor si omului.

Dimensiunile bacteriilor pot varia in functie de specie si de conditiile de mediu. In general, bacteriile au dimensiunile cuprinse intre 1 si 10 micrometri.

Forma bacteriilor. Majoritatea celulelor bacteriene sunt sferice, altele au forma de cilindru (bastonas), virgula sau spirala.

Cocii, bacteriile cu forma sferica, pot fi dispusi izolat sau se pot grupa caracteristic, fapt pentru care se deosebesc mai multe tipuri:

► diplococi sunt coci dispusi cate doi (ex. Diplococcus pneumoniae);

► streptococi, cocii sunt dispusi in lanturi (ex. Streptococcus pyogenes);

► stafilococi, cocii sunt dispusi sub forma de ciorchine de strugure (ex. Stafilococcus aureus);

► tetracoci (tetrade) , cocii sunt dispusi cate 4 (ex. Micrococcus tetragenes);

► sarcine, cocii sunt dispusi in pachete cubice (ex. Sarcina lutea).

Bacilii sunt bacterii, sub forma de bastonase, de dimensiuni variate. Pot prezenta forme cilindrice, cu capetele taiate drept (Bacillus antracis), cu capetele rotunjite (Escherichia coli), forme cu aspect de fus (Fusobacterium).

Vibrionii au aspectul unor virgule, cu lungimea de 2-3 microni. Aseemenea aspect, are vibrionul care cauzeaza holera.

Spirilii si spirochetele sunt bacterii spiralate. Spirilii prezinta mai multe tururi de spira rigida (ex. Spirillum volutans), iar spirochetele au mai multe tururi de spira flexibila (ex. Borrelia recurentis).

Structura bacteriilor. Bacteriile prezinta urmatoarele structuri: peretele celular, membrana plasmatica, mezozomii, citoplasma, nucleoidul si plasmidele, ribozomii, incluziunile si granulatiile, endosporul, glicocalixul, flagelii, pilii si fimbriile.

Peretele celular este o structura rigida si rezistenta. In stuctura peretelui celular se afla peptidoglicanul sau mureina, o molecula giganta in forma de sac (sacculus), alcatuita din 2 componente: peptidica(proteica) si glicanica. Prin componentii sai, mureina sigura rezistenta si flexibilitatea peretelui dar si marirea si micsorarea volumului celulei. Peptidoglicanul este vulnerabil la anumite antibiotice. De exemplu, penicilina inhiba enzimele care catalizeaza formarea peptidoglicanului si,implicit, blocheaza sinteza peretelui celular si cresterea bacteriei.

Bacteriile Gram-pozitive au un perete celular gros ce contine: peptidoglican (80-90% din greutatea sa), proteine si polizaharide caracteristice (acizii teichoici).

Bacteriile Gram-negative au peretele celular format din 2 structuri: complexul peptidoglican-lipoproteina, in care peptidoglicanul se afla in proportie mica, de 8-10% din greutatea sa, si o membrana externa. La acestea, din peretele celular, lipsesc acizii teichoici.

Prin compozitia chimica si aranjamentul structural, peretele celular are multiple roluri: asigura rezistenta, apara si da forma celulei, participa la procesele de diviziune celulara si sporogeneza; faciliteaza schimburile dintre celula si mediul inconjurator.

Membrana plasmatica se afla sub peretele celular. Inconjoara un singur compartiment citoplasmatic. Este formata dintr-un bistrat fosfolipidic, la care se adauga proteina. Gratie structurii tipice, membrana plasmatica prezinta insusirile: flexibilitate, solubilitate. Functia esentiala a membranei plasmatice este cea de bariera osmotica (Modelul Singer-Nicholson).

Mezozomii sunt invaginari intracitoplasmatice, tubulare sau lamelare, ale membranei plasmatice. Au rol in procesele de oxidoreducere si in inmultirea bacteriei.

Citoplasma se prezinta ca o solutie coloidala densa, un gel, in care se afla raspandite diferite formatiuni celulare si substante: microfibrile,vezicule membranare si sacule aplatizate , mezozomi, ribozomi,nucleoidul, ARN, picaturi de ulei, glucide de rezerva, polifosfatide, aminoacizi, granulatii, enzime, saruri minerale etc. La microscopul electronic, apare granulata datorita ribozomilor.

Nucleoidul este o regiune densa in citoplasma. In nucleoid se afla cromozomul circular dublu catenar.

Cromozomul bacterian - alcatuit din ADN, ARN, proteine; e dublu-catenar. Cromozomul bacterian contine la Escherichia coli 3000-4000 de gene: structurale, reglatoare, operatoare, gene ale originii si stoparii replicatiei, gene mobile (secventele de insertie IS si transpozonii Tn).

Plasmidele - sunt niste microcromozomi de forma circulara sau lineara alcatuiti din ADN bicatenar care se replica independent de cromozomul bacterian din celula si poseda un anumit numar de gene. Dupa functia lor plasmidele pot fi:

► factori de fertilitate (F, conjugoni) determina ,,sexul" bacteriei si faciliteaza conjugarea.

► plasmide R contin gene pentru rezistenta bacteriilor la antibiotice sau diferite substante toxice, metale grele etc. Aceste plasmide ridica mari probleme in tratamentul bolilor infectioase cu antibiotice.

► plasmide bacteriocine contin gene pentru sinteza unor antibiotice letale pe care bacteria le elimina la exterior.

► plasmide de virulenta contin gene care determina la bacterii patogenitate si virulenta.

► plasmide cu gene tumorigene (de ex., plasmida Ti de la Agrobacterium tumefaciens, raspunzatoare de producerea tumorilor de colet la plante);

► plasmide catabolice, de mare importanta practica, poarta informatia genetica pentru catabolizarea unor substraturi naturale sau greu degradabile.

Ribozomii sunt constituenti de baza ai celulei bacteriene. La microscopul electronic, apar sub forma unor corpusculi sferici, ovali sau elipsoidali, de dimensiuni variabile, cuprinse intre 100 si 300 A. D.p.d.v. chimic, sunt alcatuiti din ARNr (80%) si proteine. Ribozomii au rol in sinteza proteinelor.

Incluziunile si granulatiile sunt structuri inerte, insolubile in citoplasma. Ex. granulatii de polifosfat (volutina) care sunt metacromatice si au semnificatie de diagnostic pentru Corynebacterium diphteriae. Se considera ca incluziunile reprezinta depozite de substante de rezerva pentru celula bacteriana.

Endosporul este o structura sferica sau ovala, refringenta, care se formeaza in celula bacteriana. Este format din sporoplasma, ADN si invelis sporal. Este o forma de conservare a speciei si nu de inmultire.

Glicocalixul. In aceasta categorie intra stratul mucos si capsula, structuri extraparietale alcatuite din polizaharide sau din polipeptide. In medicina aceste structuri au o semnificatie deosebita. Prezenta capsulei determina patogenitate crescuta, aceasta impiedicand activitatea fagocitelor, anticorpilor si medicamentelor.

Flagelii sunt structuri unitare in lumea vie. Au rol in mobilitatea bacteriilor.

Pilii sunt structuri tubulare rigide, dispusi uniform pe suprafata celulei.

Fimbriile sunt structuri filamentoase, de lungimi diferite, prezente in numar mare pe suprafata a numeroase bacterii. Printre altele, fimbriile au rol in adeziunea bacteriilor la suport.

Respiratia la bacterii. Fenomenul prin care se degradeaza substantele nutritive prin reactii de oxido-reducere, pentru obtinerea energiei celulare, se numeste respiratie celulara. In functie de acceptorul final de e ,la bacterii se deosebesc 3 tipuri de respiratie:

☺fermentatia

☺respiratia aeroba (respiratia)

☺ respiratia anaeroba

Fermentatia este fenomenul de oxido-reducere pentru obtinerea energiei celulare, in care substantele organice functioneaza si ca donatori si ca acceptori de e. In procesul fermentatiei, din substratul organic, supus fermentatiei, rezulta un compus organic care contine energie, un produs final (CO2) si o mica cantitate de energie eliberata. Principalul substrat al fermentatiilor este glucoza.

Fermentatiile au o larga aplicatie in viata omului, pentru obtinerea unor produse:

→ prin fermentatia acetica se obtine acidul acetic;

→ prin fermentatia lactica se obtine acidul lactic, dar si preparatele: laptele acru, iaurtul, smantana;

→ prin fermentatia pectica (topitul biologic al plantelor textile) se separa fibrele liberiene din tesuturile plantelor textile; aceste fibre vor deveni fibre textile.

Respiratia aeroba (respiratia) este tipul de respiratie celulara in care oxigenul este acceptorul final de electroni, iar donatorul de electroni poate fi o substanta organica sau anorganica. Ex.: in mitocondrii substantele organice se transforma in apa si CO2.

Respiratia anaeroba este caracteristica numai bacteriilor. In acest tip de respiratie celulara, acceptorii de electroni pot fi substante anorganice: nitratii (NO3), sulfatii (SO4), carbonatii (CO3), dar niciodata oxigenul, iar donatorii de electroni pot fi: o substanta anorganica sau organica. Ex: bacteriile denitrificatoare, bacteriile sulfat-reducatoare si cele metanogene isi procura energia prin acest tip de respiratie.

Comportarea bacteriilor fata de O2 molecular.

►bacterii strict aerobe folosesc oxigenul molecular atmosferic ca acceptor final de electroni in procesul respiratiei celulare. Bacterii strict aerobe sunt: Bacillus subtilis, Mycobacterium tuberculosis, Azotobacter sp.

►bacterii strict anaerobe sunt acelea care se pot dezvolta numai in lipsa oxigenului molecular. Ex. Clostridium tetani

►bacterii anaerobe, facultativ aerobe - in general traiesc in absenta oxigenului, avand un metabolism anaerob, dar pot trai si in prezenta oxigenului. Ex: Escherichia coli, Streptococcus sp., Staphylococcus sp.

►bacterii microaerofile se caracterizeaza prin faptul ca traiesc in medii cu o cantitate mai mica de oxigen decat cea din aerul atmosferic. Ex Spirochaeta sp., Leptospira sp.

Nutritia bacteriilor. Hranirea bacteriilor este diferita functie de:

►sursa de carbon si azot folosita si capacitatea de sinteza a metabolitilor esentiali

►sursa de energie folosita

Dupa sursa de carbon si azot si capacitatea de sinteza a metabolitilor esentiali, la bacterii exista 2 tipuri de nutritie: autotrofa si heterotrofa.

Nutritia autotrofa (autotrofia). Bacteriile cu acest tip de nutritie pot sintetiza metabolitii esentiali, avand ca surse decarbon si azot primare, substante organice simple cu carbon si azot precum: CO2, NH3, NO3, NO2.

Nutritia heterotrofa (heterotrofia). Aceste bacterii nu se pot dezvolta decat pe substraturi organice, ca surse de carbon si azot.

Dupa sursa de energie folosita, bacteriile prezinta doua tipuri de nutritie: fototrofa si chemotrofa.

Nutritia fototrofa (fototrofia). Bacteriile cu acest tip de nutritie au capacitatea de biosinteza folosind energia luminoasa; sunt fotosintetizante.

Nutritia chemotrofa (chemotrofia). Bacteriile cu acest tip de nutritie au capacitatea de biosinteza, folosind energia din reactiile oxido-reducatoare ale unor substante: NH3, NO2, NO3, CO2, H2S;sunt chemosintetizante.

Inmultirea bacterilor. Bacteriile se inmultesc, in principal, prin diviziune, in conditii favorabile, bacteriile sunt capabile sa se divida la fiecare 20-30 de minute.